(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポート噴射式の内燃機関における燃料噴射量を、排気通路に設けた空燃比センサを介して検出される空燃比を参照してフィードバック制御するフィードバックコントローラを有する制御装置において、
吸入空気量に基づく基本噴射量を補正するための補正量を演算するフィードバックコントローラが、排気通路の触媒を流れるガスの空燃比が所定値よりもリッチである場合に燃料噴射量を減少させる方向に補正量を漸次変化させる一方、空燃比が所定値よりもリーンである場合に燃料噴射量を増加させる方向に補正量を漸次変化させるものであり、
エンジン負荷が閾値以上となる高負荷状態を検出してから所定時間が経過するまでの間にエンジン負荷が低位判定値以下となる低負荷状態を検出し、さらにこの低負荷状態を検出してから所定時間が経過するまでの間にエンジン負荷が高位判定値以上となった場合に、
フィードバックコントローラが算出する燃料噴射量の補正量が燃料噴射量を基本噴射量から所定以上減量するものであり、なおかつ空燃比センサを介して検出される空燃比がリーンであることを条件として、前記補正量を、当該補正量により燃料噴射量を基本噴射量から減少させないような所定値にリセットする
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記閾値、前記低位判定値及び前記高位判定値が、それぞれエンジン回転数に応じて変動する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記閾値は、エンジン回転数が高いほど大きくなる請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気ポート噴射式の内燃機関における燃料噴射量を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等の排気通路には、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる有害物質ＨＣ、ＣＯ、ＮＯxを酸化／還元して無害化する触媒が装着されている。ＨＣ、ＣＯ、ＮＯxの全てを効率よく浄化するには、排気ガスの空燃比をウィンドウと称する理論空燃比近傍の一定範囲に収束させる必要がある。そのために、触媒の上流及び／または下流にＯ2センサを配し、Ｏ2センサの出力信号を用いるフィードバックループを構築して空燃比をフィードバック制御することが行われている（例えば、下記特許文献を参照）。
【０００３】
吸気ポート内に燃料を噴射する構成の内燃機関では、噴射された燃料の一部が吸気ポートその他の吸気系統の内壁面に付着する（ポートウェット）ことがあり、この付着燃料の存在が気筒に充填されるガスの空燃比を乱すことがある。
【０００４】
燃料噴射量の多い高負荷運転時に吸気ポート内等に付着した燃料は、スロットルバルブが絞られて吸気圧力が低下したときに蒸発し、気筒ひいては排気通路に流れ込む。結果、Ｏ2センサが出力する空燃比信号がリッチを示すようになり、フィードバックコントローラが燃料噴射量を減量補正して空燃比を目標空燃比へと近づける。目標空燃比は、通常は理論空燃比である。
【０００５】
図６に、フィードバックコントローラによる燃料噴射量の補正の例を示している。アクセルペダルから運転者の足が離れ、スロットルバルブが略全閉してアイドルスイッチがＯＮとなった時点ｔon以降、気筒に充填されるガスの空燃比がリッチ化するので、フィードバックコントローラが算出する燃料噴射量の補正量ＦＡＦは漸減を続ける。即ち、燃料噴射量が徐々に減少してゆく。
【０００６】
しかる後、再度アクセルペダルが踏み込まれ、スロットルバルブが拡開してアイドルスイッチがＯＦＦとなった時点ｔoffでは、燃料供給不足による加速の遅れや空燃比リーンによるＮＯxの排出増大を抑止する目的で、フィードバックコントローラが算出する補正量ＦＡＦを所定値にリセットする。即ち、燃料噴射量の減量補正を止める。
【０００７】
従来、補正量ＦＡＦのリセットは、アイドルスイッチがＯＮになった後再度ＯＦＦになった場合に限り実行していた。このため、高負荷運転状態からアイドルスイッチがＯＮにならない程度にアクセルペダルの踏み込みが緩められた場合には、その後に再びアクセルペダルが踏み込まれた際に補正量ＦＡＦがリセットされることはなく、漸次増大する方向に修正されてゆく。その模様を、図６中破線で示している。スロットルバルブが拡開して吸気量が増すにもかかわらず、補正量ＦＡＦによる燃料噴射量の減量補正がすぐには収まらないことから、燃料供給不足による再加速の遅れ、また空燃比リーンによるＮＯxの排出量の増大を招かざるを得なかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１３８７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題に初めて着目してなされたものであって、高負荷運転状態からアクセルペダルの踏み込みが緩められ、その後再びアクセルペダルが踏み込まれた場合における再加速の遅れやＮＯxの排出増大を抑制することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、吸気ポート噴射式の内燃機関における燃料噴射量を、排気通路に設けた空燃比センサを介して検出される空燃比を参照してフィードバック制御するフィードバックコントローラを有する制御装置において、吸入空気量に基づく基本噴射量を補正するための補正量を演算するフィードバックコントローラが、排気通路の触媒を流れるガスの空燃比が所定値よりもリッチである場合に燃料噴射量を減少させる方向に補正量を漸次変化させる一方、空燃比が所定値よりもリーンである場合に燃料噴射量を増加させる方向に補正量を漸次変化させるものであり、エンジン負荷が閾値以上となる高負荷状態を検出してから所定時間が経過するまでの間にエンジン負荷が低位判定値以下となる低負荷状態を検出し、さらにこの低負荷状態を検出してから所定時間が経過するまでの間にエンジン負荷が高位判定値以上となった場合に、フィードバックコントローラが算出する燃料噴射量の補正量が基本噴射量から所定以上燃料噴射量を減量するものであり、なおかつ空燃比センサを介して検出される空燃比がリーンであることを条件として、前記補正量を、当該補正量により燃料噴射量を基本噴射量から減少させないような所定値にリセットすることを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。
【００１１】
また、吸気ポート内等に付着する燃料の量や、付着した燃料が蒸発して吸気に混入する量は、エンジン回転数に大きく依存する。従って、前記閾値、前記低位判定値及び前記高位判定値はそれぞれ、エンジン回転数に応じて設定することが好ましい。例えば、前記閾値は、エンジン回転数が高いほど大きくする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高負荷運転状態からアクセルペダルの踏み込みが緩められ、その後再びアクセルペダルが踏み込まれた場合における再加速の遅れやＮＯxの排出増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置のハードウェア資源構成を示す図。
【図２】フロントＯ2センサの出力を参照した空燃比フィードバック制御の模様を示すタイミング図。
【図３】制御中心補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬとの関係を例示するグラフ。
【図４】リアＯ2センサの出力を参照した空燃比フィードバック制御の模様を示すタイミング図。
【図５】本実施形態の制御装置が実行する制御の模様を示すタイミング図。
【図６】既知の制御装置が実行する制御の模様を示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態の内燃機関０は、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ通路２とを備えている。
【００１５】
吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。
【００１６】
本実施形態における内燃機関０は吸気ポート噴射式のものであり、燃料を噴射するインジェクタ３６は吸気ポートの近傍、具体的には吸気マニホルド３５に配設する。
【００１７】
排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００１８】
触媒４１の上流及び下流にはそれぞれ、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ（図示せず）を設けている。空燃比センサは、ガスの空燃比に比例した線形な出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよく、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する、ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ2センサであってもよい。本実施形態では、触媒４１の上流側及び下流側の各空燃比センサについて、Ｏ2センサを想定している。周知の通り、Ｏ2センサの出力特性は、ウィンドウの範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーン領域では低位飽和値に漸近し、空燃比が小さいリッチ領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるＺ特性曲線を描く。
【００１９】
外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路２の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路２上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。
【００２０】
内燃機関０の運転制御を司るＥＣＵ６は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２１】
入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度を検出するアクセル開度センサから出力される開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気圧（過給圧）を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ｄ、吸気通路３内の吸気温を検出する温度センサから出力される吸気温信号ｅ、吸気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｆ、排気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから所定クランク角度の回転毎に出力される排気カム信号ｇ、触媒４１の上流側の排気ガスの空燃比を検出するフロントＯ2センサから出力される信号ｈ、触媒４１の下流側の排気ガスの空燃比を検出するリアＯ2センサから出力される信号ｉ、エアコンディショナや照明灯等の電気負荷のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチの信号ｊ等が入力される。アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度ｃは、運転者が指令する要求負荷（エンジン出力）と捉えることができる。
【００２２】
出力インタフェースからは、インジェクタ３６に対して燃料噴射信号ｋ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｌ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｍ、スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｎ等を出力する。
【００２３】
ＥＣＵ６のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の運転を制御する。ＥＣＵ６は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期、要求ＥＧＲ量等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００２４】
空燃比制御に関して詳記する。本実施形態において、制御装置たるＥＣＵ６は、フィードバックコントローラとして機能し、気筒に充填される混合気の空燃比を制御する。具体的には、まず、吸気圧信号ｄ及び吸気温信号ｅ、エンジン回転数信号ｂ等から吸入空気量を算出して基本噴射量ＴＰを決定する。次いで、この基本噴射量ＴＰを、上流側空燃比信号ｊに応じて定まるフィードバック補正係数ＦＡＦで補正し、さらには内燃機関０の状況に応じて定まる各種補正係数Ｋやインジェクタ３６の無効噴射時間ＴＡＵＶをも加味して、最終的な燃料噴射時間（インジェクタ３６に対する通電時間）Ｔを算定する。燃料噴射時間Ｔは、Ｔ＝ＴＰ×ＦＡＦ×Ｋ＋ＴＡＵＶとなる。そして、燃料噴射時間Ｔだけインジェクタ３６に信号ｋを入力、インジェクタ３６を開弁して燃料を噴射させる。
【００２５】
上流側空燃比信号ｊを参照したフィードバック制御は、例えば内燃機関０の冷却水温が所定温度以上で、燃料カット中でなく、パワー増量中でなく、内燃機関０の始動から所定時間が経過し、フロントＯ2センサが活性中、吸気圧が正常である、等の諸条件が全て成立している場合に行う。このことは、アイドル運転中においても同様である。
【００２６】
図２に示すように、ＥＣＵ６は、触媒４１を流れるガスの空燃比を検出するセンサであるフロントＯ2センサの出力電圧ｈを、所定の電圧値と比較して、その値よりも高ければリッチ、その値よりも低ければリーンと判定する。そして、センサ出力ｈがリーンからリッチに切り替わったときには、リッチ判定遅延時間ＴＤＲの経過を待って、フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＭだけ減少させる。その後、補正係数ＦＡＦを所定時間当たりリーン積分値ＫＩＭだけ逓減させる。補正係数ＦＡＦの減少に伴い、燃料噴射量が絞られて、混合気の空燃比がリーンへと向かう。
【００２７】
あるいは、センサ出力ｈがリッチからリーンに切り替わったときには、リーン判定遅延時間ＴＤＬの経過を待って、フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＰだけ増加させる。その後、補正係数ＦＡＦを所定時間当たりリッチ積分値ＫＩＰだけ逓増させる。補正係数ＦＡＦの増加に伴い、燃料噴射量が上積みされて、混合気の空燃比がリッチへと向かう。
【００２８】
遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬは、制御中心補正量ＦＡＣＦに応じて増減する。図３に、補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬとの関係を例示する。補正量ＦＡＣＦが大きくなるほど、リッチ判定遅延時間ＴＤＲは延長され、リーン判定遅延時間ＴＤＬは短縮される。さすれば、フィードバック補正係数ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が遅れ、減少から増加に転じる時期が早まる。結果として、燃料噴射量が平均的に増すこととなり、空燃比フィードバック制御の制御中心がリッチ側に変位する。
【００２９】
他方、補正量ＦＡＣＦが小さくなるほど、リッチ判定遅延時間ＴＤＲは短縮され、リーン判定遅延時間ＴＤＬは延長される。さすれば、フィードバック補正係数ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が早まり、減少から増加に転じる時期が遅れる。結果として、燃料噴射量が平均的に減ることとなり、空燃比フィードバック制御の制御中心がリーン側に変位する。
【００３０】
ＥＣＵ６は、フィードバック制御中、上記の制御中心補正量ＦＡＣＦをも算出する。下流側空燃比信号ｉを参照したフィードバック制御は、例えば冷却水温が所定温度以上で、空燃比フィードバック制御の開始から所定時間が経過し、フロントＯ2センサが活性してから所定時間が経過し、過渡期の燃料補正量が所定値を下回り、アイドル状態で車速が０若しくは０に近い所定閾値以下であるかまたは非アイドル状態で所定の運転領域にある、等の諸条件が全て成立している場合に行う。
【００３１】
図４に示すように、ＥＣＵ６は、リアＯ2センサの出力電圧ｉを所定の電圧値と比較して、その値よりも高ければリッチ、その値よりも低ければリーンと判定する。そして、センサ出力ｉがリッチである間は、制御中心補正量ＦＡＣＦを所定時間当たりリーン積分値ＦＡＣＦＫＩＭだけ逓減させる。既に述べたように、補正量ＦＡＣＦの減少に伴い、空燃比フィードバック制御の制御中心はリーンへと向かう。
【００３２】
逆に、センサ出力ｉがリーンである間は、制御中心補正量ＦＡＣＦを所定時間当たりリッチ積分値ＦＡＣＦＫＩＰだけ逓増させる。補正量ＦＡＣＦの増加に伴い、空燃比フィードバック制御の制御中心はリッチへと向かう。
【００３３】
しかして、ＥＣＵ６は、特定のリセット条件が成立した場合に、燃料噴射量の補正量であるフィードバック補正係数ＦＡＦを所定値にリセットする。ここに言うリセット条件には、
（ｉ）アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度ｃをエンジン負荷と見なし、このエンジン負荷ｃが閾値以上となる高負荷状態を検出した
（ii）前記高負荷状態を検出してから所定時間が経過するまでの間に、エンジン負荷ｃが低位判定値以下となる低負荷状態を検出した
（iii）前記低負荷状態を検出してから所定時間が経過するまでの間に、エンジン負荷ｃが高位判定値以上となる再加速を検出した
がおしなべて含まれる。また、（iii）における高位判定値は、（ii）における低位判定値よりも大きい。
【００３４】
吸気ポート内等に付着する燃料の量や、付着した燃料が蒸発して吸気に混入する量は、エンジン回転数ｂに大きく依存する。そこで、（ｉ）における閾値、（ii）における低位判定値、（iii）における高位判定値はそれぞれ、エンジン回転数ｂに応じて設定することが好ましい。
【００３５】
エンジン回転数ｂが高いと、吸気通路を流通する吸気量が必然的に多くなり、吸気ポート内等に付着する燃料の量が少なくなる。従って、（ｉ）における閾値は、エンジン回転数ｂが高いほど大きな値とする。さすれば、フィードバック補正係数ＦＡＦを不必要にリセットせずに済む。
【００３６】
加えて、（ii）における低位判定値はエンジン回転数ｂが高いほど小さな値とし、（iii）における高位判定値もエンジン回転数ｂが高いほど小さな値とするが、低位判定値と高位判定値との差はエンジン回転数ｂが高いほど拡大する。つまり、エンジン回転数ｂが高くなるにつれて、低位判定値は高位判定値よりも大きく低下する。
【００３７】
図５に示しているように、ＥＣＵ６は、エンジン負荷ｃが閾値以上となる高負荷状態を検出した時点ｔ1から所定時間ｔa内にエンジン負荷ｃが低下して低位判定値を下回り、さらに当該時点ｔ2から所定時間ｔb内にエンジン負荷ｃが再度上昇して高位判定値を上回った時点ｔ3において、フロントＯ2センサの出力ｈが空燃比リーンを示し、かつフィードバック補正係数ＦＡＦが燃料噴射量（ＴＰ×Ｋ）を所定以上減少させるような１未満の値であるときに、補正係数ＦＡＦを所定値、例えば燃料噴射量（ＴＰ×Ｋ）を減少させないような１以上の値にリセットする。この補正係数ＦＡＦのリセットは、時点ｔ1以降にアイドルスイッチがＯＮ（アクセルペダルが殆どまたは全く踏み込まれていない状態）にならなかったとしても実行される。補正係数ＦＡＦのリセット後には、そのリセット値を起点として、ＦＡＦをフロントＯ2センサの出力電圧ｈに基づき増減させることは言うまでもない。
【００３８】
本実施形態では、吸気ポート噴射式の内燃機関０における燃料噴射量を、排気通路４に設けた空燃比センサを介して検出される空燃比を参照してフィードバック制御するフィードバックコントローラを有する制御装置６であって、エンジン負荷ｃが閾値以上となる高負荷状態を検出してから所定時間ｔaが経過するまでの間にエンジン負荷ｃが低位判定値以下となる低負荷状態を検出し、さらにこの低負荷状態を検出してから所定時間ｔbが経過するまでの間にエンジン負荷ｃが高位判定値以上となった場合に、フィードバックコントローラが算出する燃料噴射量の補正量ＦＡＦが燃料噴射量を所定以上減量するものであり、なおかつ空燃比センサを介して検出される空燃比ｈがリーンであることを条件として、前記補正量ＦＡＦを所定値にリセットすることを特徴とする内燃機関０の制御装置６を構成した。
【００３９】
本実施形態によれば、高負荷運転状態からアクセルペダルの踏み込みが緩められ、その後再びアクセルペダルが踏み込まれた場合において、空燃比をリーンから理論空燃比近傍まで速やかに回復させることができ、ＮＯxの排出量の増大を防止することが可能である。並びに、再加速要求に対して速やかに燃料噴射量を増大させ、再加速の遅れを抑制することが可能である。そして、アクセルペダルの踏み込みが緩められてから再度アクセルペダルが踏み込まれるまでの間は、燃料噴射量を抑制して燃費の向上を図ることができる。
【００４０】
本実施形態の制御装置６は、リセット条件成立時に補正量ＦＡＦをリセットするというロジックを加えるだけで構築可能であり、設計工数が徒に増大せず、簡便である。
【００４１】
加えて、（ｉ）における閾値、（ii）における低位判定値、（iii）における高位判定値をそれぞれ、エンジン回転数ｂに応じて変動させるようにしているので、吸気ポート内等への燃料の付着量が少ない状況では不必要に補正量ＦＡＦをリセットすることなく、本来のフィードバック制御に委ねて空燃比を目標に収束させることができる。
【００４２】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、エンジン負荷は、吸気管内圧力または気筒に充填される空気量を参照することで知得してもよい。
【００４３】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
０…内燃機関
６…制御装置（ＥＣＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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